提高數(shù)據(jù)中心溫度，減少排放 | 專家視點

到2025年，數(shù)據(jù)中心預計將消耗全球五分之一的電力，并貢獻高達5%的碳排放。鑒于亞太數(shù)據(jù)中心和托管服務行業(yè)預計到2024年將達到320億美元的市場規(guī)模，Reflex Winkelmann GmbH區(qū)域銷售總監(jiān)Kevin Wee分享了數(shù)據(jù)中心的能源使用情況，并提出了提高溫度以節(jié)省消耗和碳排放的理由。

對于數(shù)據(jù)中心運營商來說，冷卻和熱管理是一個復雜的問題。根據(jù)行業(yè)慣例，數(shù)據(jù)中心的運行溫度在20至25攝氏度之間，相對環(huán)境濕度在50%至60%之間，本地數(shù)據(jù)中心將近40%的能源用于冷卻IT系統(tǒng)。

例如，新加坡的熱帶氣候使得在規(guī)定的溫度和濕度范圍內的冷卻數(shù)據(jù)中心比世界上其他地方更耗能。研究表明，由于在這個城市國家建立了更多的數(shù)據(jù)中心，在十年的時間里，該行業(yè)將占其全年總用電量的12%。

顯然，我們需要在推動行業(yè)增長和實現(xiàn)凈零排放之間取得平衡。

可以考慮使用太陽能等可再生能源，盡管這對新加坡這個土地稀缺的國家來說是一個挑戰(zhàn)。建造更高的數(shù)據(jù)中心可能是另一個選擇，盡管必須解決加強樓層以支持重型ICT設備集中的問題。

現(xiàn)在是我們挑戰(zhàn)傳統(tǒng)規(guī)范的時候了：我們是否需要將熱帶氣候中的數(shù)據(jù)中心保持在20°C的低溫度下運行？

有證據(jù)支持更熱的數(shù)據(jù)中心的可行性。服務器機架現(xiàn)在設計得更好，可以在更高的溫度下維持運行?？偛课挥诿绹墓岷椭评鋵I(yè)行業(yè)組織ASHRAE已經修訂了其指導方針，支持更溫暖的服務器群。就連新加坡的IDA也在2016年啟動了一個熱帶數(shù)據(jù)中心試驗，環(huán)境溫度將被測試到38°C的高溫，環(huán)境濕度超過90%或更高。

然而，在采用這種做法時存在著很大的阻力。反對者包括源自“沒壞就不修”心態(tài)的歷史慣性。大多數(shù)數(shù)據(jù)中心硬件供應商不保證他們的設備在建議的更高溫度下正常工作。一些較老的設施可能有遺留的冷卻系統(tǒng)，這些系統(tǒng)不是設計來應對溫度升高的。

江森自控的內部研究顯示，更熱的設施對節(jié)省電力有積極影響。冷凍水溫度每增加1°C，典型的冷水機可節(jié)省約2-3%的電力消耗；使用變速驅動制冷機，節(jié)約成本增加到4-5%。

在典型的建筑應用中，冷凍水溫度的設定點是由建筑物的感負荷和潛負荷決定的。為了去除水分(潛在負荷)，需要一定的冷凍水最低溫度。冷凍水的典型供水溫度根據(jù)建筑物的感負荷和潛負荷之比設定為6.7℃。

冷卻有兩個方面需要考慮。首先，冷水機組壓縮機所做的功與冷凍水供應溫度成反比。換句話說，做功隨著冷凍水溫度的升高而減小。同時，冷水機所消耗的功率與壓縮機所做的功或壓縮機的“揚程”成正比。這意味著在較高的冷凍水溫度下，較高的蒸發(fā)器壓力導致壓縮機揚程較低，因此，整體功耗較低。

冷水機冷凍水的供水溫度是由供風溫度滿足機房預設溫度所決定的?；诟鼫嘏臄?shù)據(jù)中心場景，典型的溫度讀數(shù)現(xiàn)在可能如下所示:

變化最大的是預先設定的供水溫度?，F(xiàn)在它可以從典型的低7°C提高到18-20°C -這意味著冷水機供水溫度增加了11-13°C。這意味著冷水機能耗降低了40-45%。

舉例來說，一臺典型的水冷式冷水機組需要0.6KW/RT才能提供7°C的冷凍水。更改后，冷水機現(xiàn)在將消耗0.35 KW/RT來提供18°C的冷凍水供應，從而實現(xiàn)45%的節(jié)約。

毫無疑問，冷水機組在較高的冷凍水供應溫度下可以更有效地工作。因此，其目的應該是將水溫提高到盡可能高的程度。

然而，有一些問題需要強調。例如，在降低冷水機功耗和增加空氣處理單元功率之間取得平衡。當冷凍水供應溫度超過18℃時，室溫與送風溫度之差會逐漸減小。當這種情況發(fā)生時，需要更高的風量來滿足整體熱負荷，這導致空氣處理單元的功耗增加。

停電模式的安全裕度也需要解決。由于服務器負載高度集中，電源供應和房間冷卻的任何中斷都可能導致房間溫度迅速升高。為了避免服務器機房溫度的這種異常波動，在設計數(shù)據(jù)中心時，通常會將機房溫度的安全裕度設置為1℃~ 2℃。

由于回油和電機冷卻等問題，并不是所有的冷水機都設計為在16°C的較高冷凍水溫度下運行。即使是被吹捧為在20°C下運行的冷水機，它也是通過限制冷卻塔溫度來“人為”增加壓縮機頭(揚程)，從而增加冷水機功耗。

另一方面，專門的冷水機組設計為在20°C以上的溫度下運行，不受冷卻水溫度的限制。例如，江森自控YORK磁軸承冷水機組甚至可以在反向情況下運行，即當冷卻塔溫度低于冷凍水供應溫度時。使用磁懸浮技術在其傳動系統(tǒng)旋轉無摩擦，冷水機提供了一個更安靜，更有效的操作，并可在變速驅動。

根據(jù)我們的經驗，對數(shù)據(jù)中心運行的任何微小改進都將產生重大影響。運行一個溫暖的數(shù)據(jù)中心將節(jié)省大量能源，并減少該行業(yè)的碳足跡。

這是我們可以實現(xiàn)的可持續(xù)發(fā)展目標。

一些組織，如綠色網(wǎng)格聯(lián)盟(The Green Grid) 、氣候拯救計算倡議和全球電子可持續(xù)發(fā)展倡議，已經制定了測量和報告數(shù)據(jù)中心排放數(shù)據(jù)的標準和指南。這些標準可以幫助數(shù)據(jù)中心運營商準確測量和報告其排放數(shù)據(jù)，并確定減少其環(huán)境影響的方法。

本文作者：Reflex Winkelmann GmbH區(qū)域銷售總監(jiān)Kevin Wee

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